Основи теорії екосистем та класифікація факторів навколишнього середовища

Навколишнє середовище — система взаємопов'язаних природних і антропогенних об'єктів та явищ, у якій протікає праця, побут і відпочинок людей.

Екологічна система (екосистема) — взаємопов'язана єдина функціональна сукупність організмів і середовища їхнього існування.

Прикладом екосистем можуть бути ставок із рослинами та живими організмами, ліс із мешканцями. Схожі організми, що мешкають у неоднакових умовах середовища, утворюють різні екосистеми. Наприклад, ялиновий ліс у Томській області та в горах Кавказу — різні екосистеми.

Для позначення природних біосистем, що займають певну територію, В.М. Сукачовим запропоновано термін біогеоценоз (від «біос» — життя, «гео» — Земля, «ценоз» — спільнота).

Поняття екосистема і біогеоценоз близькі, але не є синонімами. Екосистеми — це безрозмірні стійкі системи живих і неживих компонентів, у яких відбувається кругообіг речовин та енергії. Таким чином, екосистема — це і крапля води з її мікробним населенням, і ліс, і горщик із квіткою, і космічний пілотований корабель. Поняття екосистема ширше, ніж біогеоценоз, тобто будь-який біоценоз є екологічною системою, але не всяка екосистема може вважатися біогеоценозом, причому біогеоценоз — це суто наземні утворення, що мають свої чіткі межі.

Екосистема включає дві головні складові: біоценоз — сукупність живих організмів і біотоп (від грец. «топос» — місце) — місце життя біоценозу. Представники окремих видів рослин або тварин, що мешкають у даній екосистемі, утворюють популяції цих видів. Наприклад, сукупність зайців — популяція зайців, сукупність беріз — популяція беріз тощо.

Як ми побачимо далі, антропогенна діяльність завжди спрямована на біогеоценоз (екосистеми), поза якими немає життя на Землі. Біогеоценоз — це елементарна структурна одиниця біосфери, складно організована та така, що розвивається за певними законами, і саме з нею взаємодіє людина.

Навколишнє середовище організму характеризується величезним розмаїттям, складаючись із безлічі динамічних у часі та просторі елементів, явищ, умов, які розглядаються як фактори.

З екологічних позицій середовище — це природні тіла та явища, з якими організм перебуває у прямих або непрямих стосунках. Навколишнє середовище організму характеризується величезним розмаїттям, складаючись із безлічі динамічних у часі та просторі елементів, явищ, умов, які розглядаються як фактори.

Екологічний фактор — будь-який елемент середовища, здатний справити безпосередній вплив на живі організми та на характер їхніх стосунків один з одним. Своєю чергою, організм реагує на екологічний фактор специфічними пристосувальними реакціями.

Екологічні фактори середовища, з якими пов'язаний будь-який організм, поділяються на к а т е г о р і ї: 1) фактори неживої природи — абіотичні; 2) фактори живої природи — біотичні;

Антропогенний вплив на екологічні фактори

Вплив людини на навколишнє середовище проявляється, перш за все, у зміні режиму безлічі біотичних і абіотичних факторів, часто за ті межі, які відповідають екологічним вимогам живих організмів. Будь-якому живому організму необхідні не взагалі температура, вологість, мінеральні та поживні речовини чи будь-які інші фактори, а їхній певний режим, тобто існують деякі верхні та нижні межі амплітуди допустимих коливань цих факторів. Чим ширша межа якого-небудь фактора, тим вища стійкість, тобто толерантність даного організму.

Вимоги того чи іншого організму до факторів середовища зумовлюють межі його поширення (ареал) і місце, що займається в екосистемі. Сукупність безлічі параметрів середовища, що визначають умови існування того чи іншого виду, та його функціональних характеристик (перетворення ним енергії, обмін інформацією із середовищем і собі подібними тощо) являє собою екологічну нішу.

Поняття та характеристики екологічної ніші

Екологічна ніша — це абстрактне поняття, цей термін відображає ту роль, яку відіграє даний конкретний вид організмів у біогеоценозі. Щоб надати характеристику екологічній ніші, необхідно знати такі параметри:

• чим організм живиться;
• хто його самого поїдає;
• яка здатність організму до переміщення в просторі;
• який поверх у біогеоценозі він займає;
• інші особливості його взаємодії з живими та неживими елементами біогеоценозу.

Екологічна ніша характеризує екологічні умови життєдіяльності організмів, які визначаються як абіотичними, так і біотичними факторами.

Отже, у кожному біогеоценозі всі види живих організмів займають певні екологічні ніші, розселяючись таким чином, щоб, не заважаючи один одному, найбільш повно та ефективно використовувати всі енергетичні й матеріальні ресурси. Одні види живих організмів розселяються у верхніх поверхах, споживають енергію Сонця, вилучають необхідні речовини з атмосферного повітря та використовують атмосферну вологу. Інші поселяються у ґрунті та живуть за рахунок енергетичних ресурсів мертвої органічної речовини, ґрунтової вологи та газів, що містяться в порах ґрунту. Розселяючись таким чином, усі живі організми, перебуваючи в тісній взаємодії, забезпечують існування один одного та постійний кругообіг речовин. Від розмаїття живих організмів, від кількості екологічних ніш залежатимуть повнота та швидкість кругообігу речовин у даному конкретному біогеоценозі.

Як ми побачимо далі, існування та розвиток екологічних систем залежить від кількості енергії, що надходить в екологічну систему, швидкості її передачі через окремі елементи системи та від інтенсивності циркуляції мінеральних речовин.

Енергетичні основи функціонування природних систем

Як відомо, енергією називається єдина міра різних форм руху. Для кількісної характеристики якісно різних форм руху вводяться відповідні види енергії:

• механічна;
• внутрішня;
• електромагнітна;
• хімічна;
• ядерна та ін..

Живі істоти є унікальними природними об'єктами, здатними вловлювати енергію, що приходить із Космосу переважно у вигляді сонячного світла, утримувати її у вигляді енергії складних органічних сполук, передавати одне одному, трансформувати в механічну, електричну та інші види енергії. І все це відповідає закону збереження та перетворення енергії (1-й закон термодинаміки), згідно з яким енергія не зникає і не створюється, вона тільки перетворюється з одного виду в інший або переходить від одного тіла до іншого, при цьому її значення зберігається.

Термодинамічні закони та стійкість біосистем

Другий закон термодинаміки — будь-яка дія, пов'язана з перетворенням енергії, не може відбуватися без її втрати у вигляді розсіяного в просторі тепла. Іншими словами — енергія будь-якої системи прагне до стану, званого термодинамічною рівновагою, що рівнозначно максимальній ентропії.

Ентропія, таким чином, відображає можливості перетворення енергії та розглядається як міра невпорядкованості системи. Отже, частина енергії, що надходить в екологічну систему, втрачається і не може виконувати роботу. Для того, щоб ентропія системи не зростала, щоб існувало життя, необхідне зовнішнє джерело енергії — випромінювання Сонця.